Park, Sang Seo;Cho, Hi Ku;Koo, Ja-Ho;Lim, Hyunkwang;Lee, Hana;Kim, Jhoon;Lee, Yun Gon
Atmosphere
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v.29
no.1
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pp.13-20
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2019
Since 1985, the Dobson Spectrophotometer has been operated at Yonsei University, and this instrument has monitored the daily representative total ozone in Seoul. Climatological value for total ozone in Seoul is updated by using the daily representative observation data from 1985 to 2017. After updating the daily representative total ozone data, seasonal and inter-annual variation of total ozone in Seoul is also estimated after calculating inter-comparison between ground (Dobson Spectrophotometer) and satellite [Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) and Ozone Monitoring Instrument (OMI)] observations. The global average of total ozone measured by satellite is 297 DU, and its recent amount is about 3.5% lower than the global amount in 1980s. In Seoul, daily representative total ozone is ranged from 225 DU to 518 DU with longterm mean value of 324.3 DU. In addition, monthly mean total ozone is estimated from 290 DU (October) to 362 DU (March), and yearly average of total ozone have been continuously increased since 1985. For the long-term trend of total ozone in Seoul, this study is considered the seasonal variation, Solar Cycle, and Quasi-Biennial Oscillation. In addition to the natural oscillation effect, this study also considered to the long-term variation of sudden increase of total ozone due to the secondary ozone peak. By considering these natural effects, the long-term total ozone trends from 1985 to 2017 are estimated to be 1.11~1.46%/decade.
Using monthly total ozone data obtained from a Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) onboard the Nimbus-7 and Earth Probe satellite, this study examined the trend in the total amount of global ozone during two periods: from 1979-1992 [Early period] and 1997-2002 [Latter period]. The Annual average of total ozone during the Early period was globally reduced by about 10 DU compared to the amount during the Latter, except in some areas between the equator and 20 N. Global trends of total ozone showed a decrease of -6.30 DU/decade during 1979-1992, and an increase of 0.12 DU/decade during 1997-2002. Its enhancement during the Latter period was especially noticeable in tropical areas. The EOF analyses of total ozone from this period indicated signs of temporal/spatial variability, associated with the phenomena of Quasi-Biennial Oscillation (QBO), Quasi-Triennial Oscillation (QTO), El Nino Southern Oscillation (ENSO), and volcanic eruption. Seasonal profiles of tropospheric ozone in the tropics obtained from ozonesondes, showed the spatial pattern of zonal wavenumber one. Overall, this study may be useful in analyzing possible causes in the variations of statospheric and tropospheric ozone.
The International TOVS(TIROS Operational Vertical Sounders) Process Package(ITPP-VI), which has been installed at Korea Meteorological Administration(KMA), is only for a global usage to need a surface data to generate atmospheric soundings and total ozone amount. If the initial input process in the ITTP-VI is not modified, it takes climatic surface data for producing sounding data and total ozone amount in general. KMA is trying to improve the quality of TOVS total ozone amount using real-time synoptoc observation in various ways instead of climatological data because this retrieved data in the new scheme for total ozone presently used at the KMA may critically provide to analyze the long-term trend of ozone structure over the Korean peninsula. Two cases in this study show that TOVS retrieved total ozone amounts used by synoptic surface observations can delineate more detailed ozone structures rather than those used by climate surface data. The distribution of TOVS retrieved ozone amount fields with the synoptic surface analyzed data(TOVS-GPV) show more in detail relatively than those with the climate data(TOVS-CLIMAT) as expected. In addition, the collocated inter-comparisons of TOVS-GPV with TOVS-CLIMAT, TOMS observations and Dobsometer observations are performed statistically. TOVS-GPV fields with TOMS observations show smaller bias relatively than TOVS-CLIMAT and also reduce the differences.
Total solar irradiance (750), total UV irradiunce (TUV) and erythemal UV irradiance (EUV) measured at King Sejong station $(62.22^{\circ}S,\;58.78^{\circ}W)$ in west Antarctica have been used together with total ozone, cloud amount and snow cover to examine the effects of ozone, cloud and snow surface on these surface solar inadiunce over the period of 1998-2003. The data of three solar components for each scan were grouped by cloud amount, n in oktas $(0{\leq}n<3,\;3{\leq}n<4,\;4{\leq}n<5,\;5{\leq}n<6,\;6{\leq}n<7\;and\;7{\leq}n<8)$ and plotted against solar zenith angle (SZA) over the range of $45^{\circ}\;to\;75^{\circ}$. The radiation amplification factor (RAE) is used to quantify ozone effect on EUV. RAF of EUV decreases from 1.51 to 0.94 under clear skies but increases from 0.94 to 1.85 under cloudy skies as SZA increases, and decreases from 1.51 to 1.01 as cloud amount increases. The effects of cloud amount and snow surface on EUV are estimated as a function of SZA and cloud amount after normalization of the data to the reference total ozone of 300 DU. In order to analyse the transmission of solar radiation by cloud, regression analyses have been performed for the maximum values of solar irradiance on clear sky conditions $(0{\leq}n<3)$ and the mean values on cloudy conditions, respectively. The maximum regression values for the clear sky cases were taken to represent minimum aerosol conditions fur the site and thus appropriate for use as a normalization (reference) factor for the other regressions. The overall features for the transmission of the three solar components show a relatively high values around SZAs of $55^{\circ}\;and\;60^{\circ}$ under all sky conditions and cloud amounts $4{\leq}n<5$ and $5{\leq}n<6$. The transmission is, in general, the largest in TUV and the smallest in EUV among the three components of the solar irradiance. If the ground is covered with snow on partly cloudy days $(6{\leq}n<7)$, EUV increases by 20 to 26% compared to snow-free surface around SZA $60^{\circ}-65^{\circ}$, due to multiple reflections and scattering between the surface and the clouds. The relative difference between snow surface and snow-free surface slowly increases from 9% to 20% as total ozone increases from 100 DU to 400 DU under partly cloud conditions $(3{\leq}n<6)$ at SZA $60^{\circ}$. The snow effects on TUV and TSO are relatively high with 32% and 34%, respectively, under clear sky conditions, while the effects changes to 36% and 20% for TUV and TSO, respectively, as cloud amount increases.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.22
no.3
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pp.271-285
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2006
A two-dimensional photochemical transport model (2D PTM) is simulated to describe the transport and chemical reaction of ozone related to aerosols in the troposphere and stratosphere. The vertical profiles and total amounts of ozone, which are advected by both residual Eulerian circulation and the adiabatic circulation under certain circumstance, have been compared with the observation data such as ozonesondes, Brewer spectrometer, the Upper Atmosphere Research Satellite (UARS), and the Total Ozone Mapping Spectrophotometer (TOMS). As a result, we find that the observed distribution of ozone Is adequately reproduced in the model at middle and high latitude in the Northern Hemisphere as well as at Phang ($36^{\circ}\;02'N,\;129^{\circ}\;23'E$) in South Korea. In particular, the 2D PTM is well simulated in the ozone decrease due to the Pinatubo volcanic eruption in 1991. However, ozone mixing ratio are more underestimated than those of UARS and ozonesondes, because are very sensitive to the latitude of transport across the tropopause associated with both Rummukainen errors and off-line model. Relative mean bias errors and relative root mean square errors of ozone calculations using the 2D PTM are shown within${\pm}10%$, respectively.
Kim, Jhoon;Park, Sang-Seo;Moon, Kyung-Jung;Koo, Ja-Ho;Lee, Yun-Gon;Miyagawa, Koji;Cho, Hi-Ku
Atmosphere
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v.17
no.4
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pp.339-348
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2007
Global Environment Laboratory at Yonsei University in Seoul ($37.57^{\circ}N$, $126.95^{\circ}E$) has carried out the ozone layer monitoring program in the framework of the Global Ozone Observing System of the World Meteorlogical Organization (WMO/GAW/GO3OS Station No. 252) since May of 1984. The daily measurements of total ozone and the vertical distribution of ozone amount have been made with the Dobson Spectrophotometer (No.124) on the roof of the Science Building on Yonsei campus. From 2004 through 2006, major parts of the manual operations are automated in measuring total ozone amount and vertical ozone profile through Umkehr method, and calibrating instrument by standard lamp tests with new hardware and software including step motor, rotary encoder, controller, and visual display. This system takes full advantage of Windows interface and information technology to realize adaptability to the latest Windows PC and flexible data processing system. This automatic system also utilizes card slot of desktop personal computer to control various types of boards in the driving unit for operating Dobson spectrophotometer and testing devices. Thus, by automating most of the manual work both in instrument operation and in data processing, subjective human errors and individual differences are eliminated. It is therefore found that the ozone data quality has been distinctly upgraded after automation of the Dobson instrument.
Comparing to the other air pollutants like $SO_2$, CO, the number of exceedance of the ozone national ambient air quality standard(NAAQS) and the ozone warning increased recently in Busan. The purpose of this study is to find out the preliminary symptoms for high ozone days in Busan area. In order to find out the preliminary symptoms, the hourly ozone data at air quality monitoring stations and the hourly meterological parameters at Busan regional meteorological 2007 to 2013 were used for the analysis. Averaged daily max ozone concentration was the highest(0.055 ppm) at Noksan and Youngsuri in the ozone season from 2007 to 2013. The horizontal distributions of daily max. ozone including all stations in Busan at high ozone days(the day exceeding 0.1 ppm of ozone concentration at least one station) were classified from two to five clusters by hierarchial cluster analysis. The meteorological variables showing strong correlation with daily max. ozone were the daily mean dew point temperature, averaged total insolation, the daily mean relative humidity and the daily mean cloud amount. And the most frequent levels were $19-23^{\circ}C$ in dew point temperature, $21-24 MJ/m^2$ in total insolation on the day before, $2.6-3.0 MJ/m^2$ on the very day, 67-80% in relative humidity and 0-3 in cloud amount.
The average ratio of the daily UV-B to total solar (75) irradiance at Busan (35.23$^{\circ}$N, 129.07$^{\circ}$E) in Korea is found as 0.11%. There is also a high exponential relationship between hourly UV-B and total solar irradiance: UV-B=exp (a$\times$(75-b))(R$^2$=0.93). The daily variation of total ozone is compared with the UV-B irradiance at Pohang (36.03$^{\circ}$N, 129.40$^{\circ}$E) in Korea using the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) data during the period of May to July in 2005. The total ozone (TO) has been maintained to a decreasing trend since 1979, which leading to a negative correlation with the ground-level UV-B irradiance doting the given period of cloudless day: UV-B=239.23-0.056 TO (R$^2$=0.52). The statistical predictions of daily total ozone are analyzed by using the data of the Brewer spectrophotometer and TOMS in East Asia including the Korean peninsula. The long-term monthly averages of total ozone using the multiplicative seasonal AutoRegressive Integrated Moving Average (ARIMA) model are used to predict the hourly mean UV-B irradiance by interpolating the daily mean total ozone far the predicting period. We also can predict the next day's total ozone by using regression models based on the present day's total ozone by TOMS and the next day's predicted maximum air temperature by the Meteorological Mesoscale Model 5 (MM5). These predicted and observed total ozone amounts are used to input data of the parameterization model (PM) of hourly UV-B irradiance. The PM of UV-B irradiance is based on the main parameters such as cloudiness, solar zenith angle, total ozone, opacity of aerosols, altitude, and surface albedo. The input data for the model requires daily total ozone, hourly amount and type of cloud, visibility and air pressure. To simplify cloud effects in the model, the constant cloud transmittance are used. For example, the correlation coefficient of the PM using these cloud transmissivities is shown high in more than 0.91 for cloudy days in Busan, and the relative mean bias error (RMBE) and the relative root mean square error (RRMSE) are less than 21% and 27%, respectively. In this study, the daily variations of calculated and predicted UV-B irradiance are presented in high correlation coefficients of more than 0.86 at each monitoring site of the Korean peninsula as well as East Asia. The RMBE is within 10% of the mean measured hourly irradiance, and the RRMSE is within 15% for hourly irradiance, respectively. Although errors are present in cloud amounts and total ozone, the results are still acceptable.
The surface energy and the effect of functional groups on the surface of the ozone-treated low-density polyethylene (LDPE) film were studied. Treatment conditions were treatment time, total amount of transferred ozone, and ozone concentration. The introduction of polar groups on the surface of LDPE film after ozone treatment was confirmed by FTIR-ATR and XPS analyses. Surface fee energy of the LDPE film was examined by a contact angle method. The ozone treated-LDPE film showed a decreased water contact angles about 15$^{\circ}$ mainly due to the increased concentration of oxygen-containing functional groups, which was attributed to the increased surface free energy or $O_{IS}/C_{IS}$Also, the concentrations of the oxygen-containing functional groups on the surface of LDPE film increased with ozone treatment time and concentration, whereas no significant effects were found for the total amount of transferred ozone. From the dyeability test using Kubelka-Munk equation, it was found that the ozone treatment plays an important role in the growth of oxygen-containing functional groups of LDPE film, resulting in the improvement of dyeability for basic dyeing agent.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.26
no.5
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pp.475-489
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2010
In order to verify the enhancement of ozone and carbon monoxide (CO) during springtime in East Asia, we investigated weather conditions and data from remote sensors, air quality models, and air quality monitors. These include the geopotential height archived from the final (FNL) meteorological field, the potential vorticity and the wind velocity simulated by the Meteorological Mesoscale Model 5 (MM5), the back trajectory estimated by the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model, the total column amount of ozone and the aerosol index retrieved from the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), the total column density of CO retrieved from the Measurement of Pollution in the Troposphere (MOPITT), and the concentration of ozone and CO simulated by the Model for Ozone and Related Chemical Tracers (MOZART). In particular, the total column density of CO, which mightoriginate from the combustion of fossil fuels and the burning of biomass in China, increased in East Asia during spring 2000. In addition, the enhancement of total column amounts of ozone and CO appeared to be associated with both the upper cut-off low near 500 hPa and the frontogenesis of a surface cyclone during a weak Asian dust event. At the same time, high concentrations of ozone and CO on the Earth's surface were shown at the Seoul air quality monitoring site, located at the surface frontogenesis in Korea. It was clear that the ozone was invaded by the downward stretched vortex anomalies, which included the ozone-rich airflow, during movement and development of the cut-off low, and then there was the catalytic photochemical reaction of ozone precursors on the Earth's surface during the day. In addition, air pollutants such as CO and aerosol were tracked along both the cyclone vortex and the strong westerly as shown at the back trajectory in Seoul and Busan, respectively. Consequently, the maxima of ozone and CO between the two areas showed up differently because of the time lag between those gases, including their catalytic photochemical reactions together with the invasion from the upper troposphere, as well as the path of their transport from China during the weak Asian dust event.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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